一种过渡金属负载生物炭活化过一硫酸盐的高级氧化杀菌方法技术

本发明专利技术属于水处理技术领域，尤其涉及一种过渡金属负载生物炭活化过一硫酸盐的高效消毒技术。本发明专利技术采用过渡金属负载生物炭（Cu

【技术实现步骤摘要】
一种过渡金属负载生物炭活化过一硫酸盐的高级氧化杀菌方法


[0001]本专利技术属于水处理
，尤其涉及一种过渡金属负载生物炭活化过一硫酸盐的高级氧化杀菌方法。

技术介绍

[0002]随着社会的高速发展和进步，水体微生物污染也日渐严重。水体中的病原微生物包括细菌、病毒、寄生虫卵等，能够通过水环境进行传播，并可能引发肠胃炎、痢疾等疾病，对人类健康和社会生产造成了一定的负面影响。
[0003]消毒作为主要的微生物灭活方法，是饮用水及污水处理的必不可少的工艺。而大肠杆菌作为典型的水体生物污染指示微生物，其灭活程度能够有效地评估消毒工艺的处理效果。
[0004]目前常用的消毒剂包括液氯、二氧化氯、次氯酸、臭氧以及紫外线等。但都存在一定的缺陷：氯消毒导致三卤甲烷等消毒副产物（DBPs）产生，存在致癌、致畸、致突变效应；臭氧消毒所需的设备复杂、昂贵，持续消毒能力较差；紫外消毒能耗高，且存在微生物光复活的问题。传统消毒工艺的局限导致亟需新型消毒工艺的开发。
[0005]高级氧化工艺（AOPs）是通过催化剂、能量辐射等方式，对强氧化剂进行活化，产生自由基的技术，已经在污水深度处理领域得到了广泛的应用。最常见的AOPs以芬顿、类芬顿反应为主，通过活化H2O2产生羟基自由基（
·
OH）。近年来基于过一硫酸盐（PMS）的AOPs获得了更多的关注。PMS比H2O2具有更强的氧化性，同时活化后会产生硫酸根自由基（SO4
·
‑
）。与
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OH相比，SO4r/>·
‑
活性更强，半衰期更短，能够更高效地杀灭水中细菌，提高消毒效果。生物炭作为一种碳材料，能够有效活化PMS，且具有原料来源广泛、制备容易、热稳定、结构稳定等优点。但传统生物炭催化活性位点有限，容易失活；在其基础上负载过渡金属，能够有效增加活性位点，提高其催化效能。因此开发一种过渡金属负载生物炭活化PMS的高级氧化消毒方法，能克服传统消毒技术的局限性，实现高效污水/饮用水消毒，具有较好的应用前景。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种过渡金属负载生物炭活化过一硫酸盐的高级氧化杀菌方法，以解决
技术介绍
中提出的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种过渡金属负载生物炭活化过一硫酸盐的高级氧化杀菌方法，其特征在于其步骤为：（1）、选取秸秆洗净、风干；（2）、采用破碎机，将秸秆破碎成颗粒状；接着将粉碎成颗粒状的秸秆采用烘箱烘干；烘箱温度设定为80℃、烘干时间为12小时；（3）、取出烘干的秸秆颗粒，采用管式炉，在氮气的保护下对其进行高温碳化，冷却
后获得秸秆生物炭；高温碳化过程中氮气的流量为100毫克每升、碳化温度为450℃、碳化时间为3小时；（4）、取5克步骤（3）制备的秸秆生物炭与0.1摩尔每升的硫酸铜溶液混合；搅拌浸渍6小时后过滤；采用1摩尔每升的盐酸和氢氧化钠溶液洗涤至中性、烘干，获得铜负载生物炭（Cu
‑
BC）；（5）、向水中加入大肠杆菌（ATCC 10798）悬浊液、PMS溶液和步骤（4）制备的铜负载生物炭（Cu
‑
BC）固体；（6）、使用硫酸和氢氧化钠溶液调整初始pH后，在匀速搅拌的条件下进行高级氧化反应，从而杀灭水中的病原菌。
[0008]优选的所述步骤（5）中反应溶液内初始加入大肠杆菌（ATCC 10798）悬浊液密度为108CFU/mL。
[0009]优选的所述步骤（5）中反应溶液内加入PMS溶液的浓度为5毫克每升。
[0010]优选的所述步骤（5）中反应溶液内加入铜负载生物炭（Cu
‑
BC）的浓度为10
‑
50毫克每升。
[0011]优选的所述步骤（6）中反应初始pH为7.0，使用摩尔每升的硫酸和氢氧化钠溶液调整初始pH。
[0012]优选的所述步骤（6）中的反应温度为25℃。
[0013]优选的所述步骤（6）中的反应时间为10分钟。
[0014]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：（1）、本专利技术提供的方法采用过一硫酸盐作为氧化剂，可以产生羟基自由基（
·
OH），硫酸根自由基（SO4
·
‑
）。其中硫酸根自由基反应性强、半衰期长。因此该方法相较于传统消毒技术和芬顿、类芬顿AOPs技术，能够更高效地灭活水中大肠杆菌。
[0015]（2）、本专利技术提供的方法采用过渡金属负载生物炭活化PMS。生物炭与碳纳米管、活性炭等其他碳材料相比，原料成本较低，制备较为简单。过渡金属是活化PMS的另一种有效方法，将其与生物炭耦合，能够增加催化剂的活性位点，提高催化剂的催化活性和回用性。
[0016]（3）、本专利技术不需要额外的能量输入，节约能源。成本较低，操作方便。本专利技术在无需能量输入，成本较低，易于操作。
具体实施方式
[0017]下面结合实施例对本专利技术作进一步说明，本专利技术的方式包括但不仅限于以下实施例。
[0018]实施例1一种过渡金属负载生物炭活化过一硫酸盐的高级氧化杀菌方法，其特征在于其步骤为：（1）、选取秸秆洗净、风干；（2）、采用破碎机，将秸秆破碎成颗粒状；接着将粉碎成颗粒状的秸秆采用烘箱烘干；烘箱温度设定为80℃、烘干时间为12小时；（3）、取出烘干的秸秆颗粒，采用管式炉，在氮气的保护下对其进行高温碳化，冷却后获得秸秆生物炭；高温碳化过程中氮气的流量为100毫克每升、碳化温度为450℃、碳化时
间为3小时；（4）、取5克步骤（3）制备的秸秆生物炭与0.1摩尔每升的硫酸铜溶液混合；搅拌浸渍6小时后过滤；采用1摩尔每升的盐酸和氢氧化钠溶液洗涤至中性、烘干，获得铜负载生物炭（Cu
‑
BC）；（5）、向水中加入大肠杆菌（ATCC 10798）悬浊液、PMS溶液和步骤（4）制备的铜负载生物炭（Cu
‑
BC）固体；（6）、使用硫酸和氢氧化钠溶液调整初始pH后，在匀速搅拌的条件下进行高级氧化反应，从而杀灭水中的病原菌。
[0019]所述步骤（5）中反应溶液内初始加入大肠杆菌（ATCC 10798）悬浊液密度为108CFU/mL，所述步骤（5）中反应溶液内加入PMS溶液的浓度为5毫克每升，所述步骤（5）中反应溶液内加入铜负载生物炭（Cu
‑
BC）的浓度为10毫克每升，所述步骤（6）中反应初始pH为7.0，使用摩尔每升的硫酸和氢氧化钠溶液调整初始pH，所述步骤（6）中的反应温度为25℃，所述步骤（6）中的反应时间为10分钟。
[0020]实施例2一种过渡金属负载生物炭活化过一硫酸盐的高级氧化杀菌方法，其特征在于其步骤为：（1）、选取秸秆洗净、风干；（2）、采用破碎机，将秸秆破碎成颗粒状；接着将粉碎成颗粒状的秸秆采用烘箱烘干；烘箱温度设定为80℃、烘干时间为12小时；（3）、取出烘干的秸秆颗粒，采用管式炉，在氮气的保护下对其进行高温碳化，冷却后获得秸秆生物炭；高温碳化过程中氮气的流量为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种过渡金属负载生物炭活化过一硫酸盐的高级氧化杀菌方法，其特征在于其步骤为：（1）、选取秸秆洗净、风干；（2）、采用破碎机，将秸秆破碎成颗粒状；接着将粉碎成颗粒状的秸秆采用烘箱烘干；烘箱温度设定为80℃、烘干时间为12小时；（3）、取出烘干的秸秆颗粒，采用管式炉，在氮气的保护下对其进行高温碳化，冷却后获得秸秆生物炭；高温碳化过程中氮气的流量为100毫克每升、碳化温度为450℃、碳化时间为3小时；（4）、取5克步骤（3）制备的秸秆生物炭与0.1摩尔每升的硫酸铜溶液混合；搅拌浸渍6小时后过滤；采用1摩尔每升的盐酸和氢氧化钠溶液洗涤至中性、烘干，获得铜负载生物炭（Cu
‑
BC）；（5）、向水中加入大肠杆菌（ATCC 10798）悬浊液、PMS溶液和步骤（4）制备的铜负载生物炭（Cu
‑
BC）固体；（6）、使用硫酸和氢氧化钠溶液调整初始pH后，在匀速搅拌的条件下进行高级氧化反应，从而杀灭水中的病原菌。2.根据权利要求1所述的一种过渡金属负载生物炭活化过一硫酸盐的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈雪文，陈长青，徐进，徐德荣，
申请(专利权)人：陈雪文，
类型：发明
国别省市：